1A5 Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes 1A5a Surfaces d'échange

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Valentin Doucet
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1 TS Thème 1 La Terre dans l'univers, la vie et l'évolution du vivant Partie 1A- Génétique et évolution Nom : Prénom : 1A5 Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes 1A5a Surfaces d'échange Capacités : oberver au microscope, réaliser une capture d'image, concevoir et mettre en œuvre un protocole, résoudre un problème scientifique Les plantes sont des organismes fixés qui vivent à l interface entre deux milieux : le sol et l air. Ceci les contraint donc à développer des structures facilitant les échanges gazeux et nutritifs. Les feuilles sont des organes spécialisés dans les échanges entre atmosphère et plante, les racines entre sol et plante. Problème : comment les plantes se procurent-elles matière et énergie nécessaires à leur métabolisme? Activité 1 - Des échanges avec l atmosphère Les échanges gazeux de CO 2, O 2 et d eau, entre l atmosphère et les cellules des feuilles, se réalisent au niveau de structures spécialisées, dans l épiderme des feuilles, appelées stomates. Matériel Feuille frâiche de Polypode Polypodium vulgare L. Microscope, lames, lamelles, pince fine, aiguille lancéolée, papier filtre, pissette d eau Matériel et logiciel d acquisition et traitement d image et fiche technique correspondante, Préparation microscopique d une coupe transversale de feuille Protocole pour l'observation des stomates de Polypode Prélever un fragment d'une fronde À l'aide de l'aiguille lancéolée et de la pince fine, décoller et prélever un morceau de l'épiderme inférieur Monter entre lame et lamelle dans une goutte d'eau La structure de la feuille La feuille est constituée de plusieurs tissus l épiderme, périphérique, est recouvert d une cuticule qui ne laisse passer ni l eau ni les gaz. Ce tissu contient des stomates qui délimitent une chambre sous-stomatique le parenchyme palissadique est constitué d une ou plusieurs assises de cellules cylindriques chlorophylliennes le parenchyme lacuneux est formé de cellules chlorophylliennes lâches séparées par de vastes lacunes remplies d air des tissus conducteurs de sèves sont regroupés dans des nervures. Une feuille possède une atmosphère interne importante (plus de 20% du volume de la feuille chez les végétaux aériens et jusqu à 70% chez certaines plantes aquatiques) qui communique avec l extérieur par les stomates.

2 A. Observation microscopique d'un épiderme de feuille Utiliser des techniques et gérer son poste de travail 1. Réaliser une préparation microscopique de l épiderme d une feuille en s aidant du protocole. En utilisant le microscope, centrer sur une zone représentative del épiderme. - Appeler le professeur pour vérification- 2. Réaliser une capture d'image, la traiter et la légender à l'aide du site B. Observation d'un coupe transversale de feuille Utiliser des techniques et gérer son poste de travail. Observer au microscope optique une coupe transversale de feuille. Dans la préparation, repérer et centrer un stomate en vue transversale. - Appeler le professeur pour vérification Compléter le schéma suivant en vous aidant du texte ressource Appliquer une démarche explicative 5. Expliquer quelles caractéristiques des feuilles facilitent les échanges gazeux et la perception de la lumière.. Tracer sur le schéma le trajet des échanges.

3 Activité 2 Des échanges avec le sol Appliquer une démarche explicative 7. À partir de l observation de la plantule de radis à la loupe binoculaire, indiquer les caractéristiques des racines facilitant l entrée de l eau et des ions du sol dans la plante 2 8. Légender et titrer le schéma suivant Activité Les surfaces d'échanges d'une plante avec l'atmosphère et le sol Proposer une démarche de résolution 9. À l'aide des ressources, proposer un protocole permettant de donner une estimation (ordres de grandeur) des surfaces d'échanges d'une plante par rapport à sa masse et à son volume - Appeler le professeur pour vérification -

4 Appliquer une démarche explicative 10. Mettre en œuvre le protocole fourni et conclure Ressource 1 Matériel à disposition un plant de Fraisier Fragaria sp. une balance de précision une éprouvette graduée un scanner fiche technique des logiciels MESURIM et PAINT Ressource 2 - Mesures et estimations des surfaces d'échanges de quelques végétaux (tableau à compléter) Masse M (kg) Volume V (dm ) Surface S c des parties chlorophylliennes (m²) Rapport S c/m Rapport S c/v (m 2 /dm ) Estimation de la surface foliaire d'absoption des gaz S g (m²) Estimation du rapport S g/m Estimation de la surface d'absorption de l'eau et des sels minéraux S e (m²) Estimation du rapport S e/m

5 Ressource Extrait de Éloge de la plante de Francis Hallé La plante, une vaste surface fixe (p 42 à 44) Une plante est donc essentiellement un volume modeste, une vaste surface aérienne et souterraine, portée par une infrastructure linéaire de très grande dimension. Mesurer la surface d un végétal n est pas chose facile. Dans le cas d un arbre, il faut évaluer le nombre de rameaux, et celui des feuilles, mesurer la surface de la feuille recto-verso, et celle d un rameau, cumuler ces différentes surfaces partielles avec celles du tronc. On comprend que ce travail n ait été fait que sur des arbres jeunes et de hauteur modeste. Les données sont rares : 40 m² pour un jeune châtaignier de 8 m de haut ; 400 m² pour un petit palmier à huile de m ; 50 m² pour un épicéa de 12 m. Il manque une loi allométrique qui permettrait de passer des mesures sur un jeune arbre à une approximation pour les plus grands Quelle peut-être la surface aérienne d un arbre de 40 m de haut? Une estimation de m² (1 ha) n est certainement pas exagérée ; peut-être est-elle largement sous estimée ; il faut reconnaître que nous ignorons presque tout de la surface aérienne des plantes, d autant que la surface externe ne représente qu un aspect de la question. Il a été suggéré de considérer aussi la surface interne permettant les échanges gazeux dans les poches sous stomatiques, qui serait 0 fois supérieure à la précédente : pour un jeune oranger portant feuilles, la surface externe est de 200 m² et la surface interne s élèverait à 000 m². En ce qui concerne les surfaces racinaires, les investigations sont encore plus difficiles et les données encore plus rares. La surface d un simple plan de seigle s élèverait à un total de 9 m² ; sa surface souterraine serait 0 fois plus grande que la surface aérienne, et ses racines mises bout à bout représenteraient 22 km, avec un accroissement quotidien de 5 km. Pour les poils absorbants, les chiffres deviennent énormes km de longueur cumulée avec un accroissement de 90 km par jour. On ignore si les deux facteurs indiqués ici ont une valeur générale. En admettant que ce soit le cas et en estimant à 1ha la surface aérienne externe d un grand arbre, la surface interne est de 0 ha, la surface racinaire de 10 ha et le total des surfaces d échanges avec le milieu se monte à 10 ha! Ressource 4 Les surfaces d'échange chez un homme d'une masse de 70 kg d'une taille de 1,80 m et d'un volume de 0,2 m Surface estimée Surface (m²) Surface/masse Surface/volume (m²/m ) Peau 1,9 0,0 Muqueuse intestinale 200 2,8 25 Alvéoles pulmonaire 10 1, Ressource 5 TOTAL 40

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